圆锥体的渐进成形零件模型，模型曲面上各点对应的成 形角为该点法向与Z轴的夹角；测试中加工零件直至产生破裂，在破裂位置取点Q，Q点处成 形角即为该板材的成形极限角Θ _= arccos ((H-h)/R)，式中H为成形零件模型的高度，h 为破裂点位置的高度。
[0034] 2)根据零件的三维模型，在CAD平台以一定的精度生成STL格式文件；
[0035] 3)对步骤2)生成的STL文件进行格式处理：
[0036] 31)对STL文件进行冗余顶点数据和冗余边进行简化归并；
[0037] 32)对STL模型数据的有效性和STL模型封闭性检查，检查内容包括模型是否存在 几何缺陷，几何缺陷包括裂隙和孤立边；封闭性检查要求所有STL三角形围成一个内外封 闭的几何体。
[0038] 4)按照右手螺旋法则，以STL文件中各三角面片顶点坐标获得该三角片位置的外 法向矢量，取该矢量与Z轴正向夹角作为该位置的初始成形角，这样外法矢量的旋转实际 转化为三角片顶点坐标的旋转，也即零件模型的旋转；如图4所示，设任一三角片的顶点坐 标为（X il, yn, Zil)、（xi2, yi2, zi2)、（xi3, yi3, zi3)，设此三角片的外法矢量为叫，其在X、y、z三 向分量分别为ηι1、η# nlk，则按照右手螺旋法则，三角片顶点坐标与外法矢分量之间存在如 下关系：
[0039]
[0040] 5)确定模型旋转的边界约束条件：
[0041] i)根据测定的板材成形极限角θ_，任意位置三角片法向矢量与Z轴夹角大小不 超过Θ
[0042] ii)在有等厚要求的不同部位取三角片单位法向矢量，通过旋转使得各三角片外 法矢量与Z轴夹角相同；
[0043] iii)依据局部位置的特殊厚度t，根据厚度余弦定理确定该位置成形角θ p = arccos(t/t。)，θ p为该位置三角片法矢与Z轴夹角；
[0044] 6)进行模型旋转：数模旋转可以分解为绕X、Y、Z轴旋转及整体平移，由于成形角 是各部位法矢与Z轴的夹角，绕Z轴的旋转及整体平移都不影响成形角的大小，实际应用中 只需考虑零件绕X、Y轴的旋转即可。
[0045] 对于任意三角片顶点P，设置步动旋转角度Δ Θ，利用旋转矩阵分别绕X轴、Y轴 旋转，绕X轴旋转矩阵为Px' =RX(A Θ1+Δ θ2+…+ Δ θη) .P = RxOn. Δ Θ) .P，m为步动 次数；绕Y轴旋转矩阵为Py' =Ry(A Θ1+Δ θ2+…+ Δ θη) .P = Ry(n. Δ θ) ·Ρ，η为步动 次数，这里旋转次数m、，η是根据边界约束条件自动确定。
[0046] 由于旋转次数无法提前确定，根据旋转的边界约束条件，基本判决条件是使得各 位置三角片矢量与Z轴夹角不大于板材成形极限角Θ 在此基础上，对于有等厚要求 的不同部位，旋转要使得各三角片外法矢量与Z轴夹角差值最小；对特殊厚度t要求的部 位，旋转到该位置三角片法矢与Z轴夹角到θ ρ，根据厚度余弦定理该位置的成形角Θ p = arccos(t/t。)，t。为板材原始厚度。
[0047] 7)旋转后的零件STL模型重建：根据三角片外法矢量与三角片顶点坐标之间的关 系，利用步骤6)中矢量旋转矩阵得到旋转后的所有三角面片顶点坐标，获得旋转后的零件 STL模型所的为旋转矩阵，模型所处的空间位置即为优化后的零件成形 主方向。
[0048] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形 也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于STL文件格式的渐进成形主方向判决方法，其特征是，包括如下步骤： 1) 测试零件加工板材的成形极限角9 2) 根据零件的三维模型，在CAD平台以一定的精度生成STL格式文件； 3) 对步骤2)生成的STL文件进行格式处理： 4) 按照右手螺旋法则，以STL文件中各三角面片顶点坐标获得该三角片位置的单位外 法向矢量，取该矢量与Z轴正向夹角作为该位置的初始成形角； 5) 确定模型旋转的边界约束条件： i) 根据测定的板材成形极限角9 _，任意位置三角片法向矢量与Z轴夹角大小不超过 9 max； ii) 在有等厚要求的不同部位取三角片单位法向矢量，通过旋转使得各三角片外法矢 量与Z轴夹角相同； iii) 依据局部位置的特殊厚度t，根据厚度余弦定理确定该位置成形角0P= arccos(t/t(j)，t。为板材原始厚度，0 p为该位置三角片法矢与Z轴夹角； 6) 进行模型旋转： 对于任意三角片顶点P，设置步动旋转角度A 0，利用旋转矩阵分别绕X轴、Y轴旋转； 7) 旋转后的零件STL模型重建：根据三角片外法矢量与三角片顶点坐标之间的关系， 利用步骤6)中矢量旋转矩阵得到旋转后的所有三角面片顶点坐标，获得旋转后的零件STL 模型：PfjR(ST)A，P'为旋转后三角片的顶点坐标，P $旋转前的三角片顶点坐标， 砑为旋转矩阵，模型所处的空间位置即为优化后的零件成形主方向。2. 根据权利要求1所述的一种基于STL文件格式的渐进成形主方向判决方法，其特征 是，所述步骤1)中，由半径为R的圆弧绕中心轴旋转得到曲面圆锥体的渐进成形零件模型， 模型曲面上各点对应的成形角为该点法向与Z轴的夹角；测试中加工零件直至产生破裂， 在破裂位置取点Q，Q点处成形角即为该板材的成形极限角9_=arccos ((H-h)/R)，式中 H为成形零件模型的高度，h为破裂点位置的高度。3. 根据权利要求1所述的一种基于STL文件格式的渐进成形主方向判决方法，其特征 是，所述步骤3)包括如下步骤： 31) 对STL文件进行冗余顶点数据和冗余边进行简化归并； 32) 对STL模型数据的有效性和STL模型封闭性检查。4. 根据权利要求3所述的一种基于STL文件格式的渐进成形主方向判决方法，其特征 是，所述步骤32)中，检查内容包括模型是否存在几何缺陷，几何缺陷包括裂隙和孤立边； 封闭性检查要求所有STL三角形围成一个内外封闭的几何体。5. 根据权利要求1所述的一种基于STL文件格式的渐进成形主方向判决方法， 其特征是，所述步骤6)中，绕X轴旋转矩阵为Px' = RX(A 01+A 02+*" + A 0n) *P = Rx(m. A 0) .P，m为步动次数；绕Y轴旋转矩阵为Py' =Ry(A 01+A 02+…+ A 0n) .P = Ry(n. A 0) In为步动次数。
【专利摘要】本发明公开了一种基于STL文件格式的渐进成形主方向判决方法，利用STL文件格式中三角面片外法矢量，为渐进成形零件选择合理的成形位置提供依据。本发明所达到的有益效果：1)传统渐进成形加工主成形方向选择具有很大的随意性，无法保证零件顺利渐进成形加工；本方法可以有效控制零件各位置成形角落在成形极限角范围内，保证零件的顺利成形；2)可以有效控制实现零件不同位置的厚度均匀，改善零件的强度、刚度及后续装配条件；3)对于零件特殊位置的特殊厚度要求，可以预先进行控制选择合理的成形主方向；4)料厚分布改善可以提高渐进成形工艺的适应性，有助于渐进成形技术在实际生产中的推广使用。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105138747
【申请号】CN201510484046
【发明人】查光成, 史晓帆, 赵伟, 孔凡新, 陆传凯, 周循
【申请人】南京工程学院
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年8月7日